一种非接触式多点测量圆孔内径的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及几何量测量领域，特别是涉及一种非接触式多点测量圆孔内径的方 法。
【背景技术】
[0002] 随着我国工业制造业的快速发展，精密测量设备在工业制造过程中的作用变得愈 发重要，航空航天、造船造舰、发动机和涡轮机等领域都需要几何量测量技术作为有效支 撑。每当需要在制造现场测量工件时，几乎都会面对工件内孔直径的在机测量问题。传统 的内孔直径测量方法，主要有：千分尺、万能测长仪、阿贝测长仪、百分表。这些方法大多需 要人工手动测量，测量效率低且引入人为误差，难以实现自动化。此外，新型的测量方法也 有很多，目前主要有：气动量仪、三坐标测量机和影像测量仪等。然而，三坐标测量机和影像 测量仪无法实现在机检测，搬运工件需要耗费大量工时，不利于提高生产效率。气动量仪虽 然可以实现在机测量，但需要人工手动操作，测量效率低。更重要的是，由于工作距的限制， 量具容易与被测件发生碰撞，造成损坏。
[0003] 圆孔内径的在机、精密、自动化测量问题，一直是我国工业制造领域的难题。综合 以上背景，主要存在以下几个难点：
[0004] 1、测量仪器的操作问题：孔径测量由于受空间和被测量的限制，无法像外尺寸测 量那样只在外部简单安装就能测量，很难实现自动化。
[0005] 2、测量精度的问题：如何实现圆孔内径的精密测量，一直是亟待解决的问题。
[0006] 3、关于测量效率的问题。在机测量可以节约加工工时，但是仍然存在测量方法的 快速性问题。传统的在机测量手段，大多采用人工手动测量。测量效率低，信息量不足，人 为因素影响较大。因此，寻求快速有效的孔径测量方法具有重大的现实意义。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了一种非接触式多点测量圆孔内径的方法，本发明采用定值比较测量 方式，能够快速准确地测出圆孔内径，详见下文描述：
[0008] -种非接触式多点测量圆孔内径的方法，所述测量圆孔内径的方法包括以下步 骤：
[0009] 构建三传感器定值比较测量头；
[0010] 对激光位移传感器的测量光轴进行调整，分别满足第一测量前和测量时的预设条 件；
[0011] 被测圆孔为所构建三角形的外接圆，根据外接三角形公式获取被测圆孔的半径。
[0012] 其中，所述三传感器定值比较测量头包括：测量头底面固定盘，所述测量头底面固 定盘上设置有测量头中轴，所述测量头中轴上套接有角度和量程调节盘，所述角度和量程 调节盘上设置有固定和调节孔，所述测量头中轴上设置有三个传感器固定架，所述传感器 固定架上安装有激光位移传感器，所述激光位移传感器上设置有传感器固定和调节螺丝。
[0013] 其中，所述测量头中轴的顶部设置有测量头中轴接头，所述测量头中轴接头连接 有测量头连接杆，所述测量头连接杆用于与机床主轴连接；所述测量头中轴的侧壁上设置 有数据和电源线通孔。
[0014] 进一步地，所述激光位移传感器上设置有调节盘连接螺丝；所述激光位移传感器 为激光三角法测位移传感器。
[0015] 进一步地，所述第一测量前预设条件为：分别调整三个激光位移传感器的测量光 轴，使三条测量光轴在同一平面上，且三条测量光轴的延长线交于一点，三条测量光轴两两 之间的夹角为120° ;所述第一测量时预设条件为：将三传感器定值比较测量头置于圆孔内 部任意位置，调整三传感器定值比较测量头，使三条测量光轴位于圆孔的正截面上，以被测 圆孔的圆心为坐标原点，构建X-Y坐标轴。
[0016] 另一实施例，一种非接触式多点测量圆孔内径的方法，所述测量圆孔内径的方法 包括以下步骤：
[0017] 构建四传感器定值比较测量头；
[0018] 对激光位移传感器的测量光轴进行调整，分别满足第二测量前和测量时的预设条 件；
[0019] 获取被测圆孔的半径。
[0020] 其中，所述四传感器定值比较测量头包括：测量头底面固定盘，
[0021] 所述测量头底面固定盘上设置有测量头中轴，所述测量头中轴上套接有角度和量 程调节盘，所述角度和量程调节盘上设置有固定和调节孔，所述测量头中轴上设置有四个 传感器固定架，所述传感器固定架上安装有激光位移传感器，所述激光位移传感器上设置 有传感器固定和调节螺丝。
[0022] 其中，所述测量头中轴的顶部设置有测量头中轴接头，所述测量头中轴接头连接 有测量头连接杆，所述测量头连接杆用于与机床主轴连接；所述测量头中轴的侧壁上设置 有数据和电源线通孔。
[0023] 进一步地，所述激光位移传感器上设置有调节盘连接螺丝；所述激光位移传感器 为激光三角法测位移传感器。
[0024] 进一步地，所述第二测量前预设条件为：分别调整四个激光位移传感器的测量光 轴，使得四条测量光轴在同一平面上，且四条测量光轴的延长线交于一点，相邻的两条测量 光轴夹角为90°，且相对的两条测量光轴在一条直线上；
[0025] 所述第一测量时预设条件为：将四传感器定值比较测量头置于圆孔内部任意位 置，调整四传感器定值比较测量头，使四条测量光轴所在的平面位于圆孔的正截面上，以被 测圆孔的圆心为坐标原点，构建X-Y坐标轴。
[0026] 本发明提供的技术方案的有益效果是：
[0027] 1、测量安全性：接触式测量一般要求操作人员位于测量要素附近操作、读数或引 导，很难实现自动测量。本方法采用的是非接触式定值比较测量法，非接触测量头远离被测 物表面，提高了测量的安全性。
[0028] 2、测量精确性：采用高精度激光位移传感器，能够快速、精确地测出被测物到传感 器的距离；采用定值比较测量法，大大减少了误差链，有利于提高测量精度。
[0029] 3、操作便利性：本方法测量工件内孔孔径时，只要将测量头置于被测孔径内即可。 无需对心、调整等操作，大大提高了测量效率。
[0030] 4、可实现在机测量：将非接触测量头安装在机床上，利用机床自身的运动执行机 构，可实现在机精密测量。
【附图说明】
[0031] 图1为三传感器定值比较测量头的结构图；
[0032] 图2为激光位移传感器测量头中轴结构图；
[0033] 图3为激光位移传感器与固定架组合图；
[0034] 图4为三点测量圆孔直径的测量模型图；
[0035] 图5为四传感器定值比较测量头的结构图；
[0036] 图6为四传感器测量头底部拆解结构图；
[0037] 图7为四点测量圆孔直径的测量模型图。
[0038] 附图中所列部件列表如下所示：
[0039] 1、测量头连接杆； 2、角度和量程调节盘；
[0040] 3、固定和调节孔； 4、传感器固定和调节螺丝；
[0041] 5、激光位移传感器； 6、传感器固定架；
[0042] 7、测量头底面固定盘； 8、测量头中轴；
[0043] 9、测量头中轴接头； 10、数据和电源线通孔；
[0044] 11、激光光束； 12、调节盘连接螺丝。
【具体实施方式】
[0045] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0046] 实施例1
[0047] -种非接触式多点测量圆孔内径的方法，参见图1、图2、图3和图4,该测量圆孔内 径的方法包括以下步骤：
[0048] 101 :构建三传感器定值比较测量头；
[0049] 参见图1和图2,三传感器定值比较测量头包括：测量头底面固定盘7,测量头底面 固定盘7上设置有测量头中轴8,测量头中轴8上套接有角度和量程调节盘2,角度和量程 调节盘2上设置有固定和调节孔3,测量头中轴8上设置有三个传感器固定架6,传感器固 定架6上安装有激光位移传感器5,激光位移传感器5上设置有传感器固定和调节螺丝4。
[0050] 参见图2,测量头中轴8的顶部设置有测量头中轴接头9,测量头中轴接头9连接 有测量头连接杆1，测量头连接杆1用于与机床主轴连接；测量头中轴8的侧壁上设置有数 据和电源线通孔10。
[0051] 参见图3,激光位移传感器5上设置有调节盘连接螺丝12,激光位移传感器5发射 激光光束11。
[0052] 其中，激光位移传感器优选激光三角法测位移传感器。
[0053] 102 :对激光位移传感器的测量光轴进行调整，分别满足第一测量前和测量时的预 设条件；
[0054] 参见图4,测量前，分别调整三个激光位移传感器5的测量光轴（P3、P2B和P3C)， 使得三条测量光轴在同一平面上，且三条测量光轴的延长线交于一点〇(即〇点表示三个激 光位移传感器测量光轴的中心），三条测量光轴两两之间的夹角为120° (即P1A和P2B之 间的夹角为120° AA和P3C之间的夹角为120° ;P2B和P3C之间的夹角为120° )。
[0055] 参见图4,设被测圆孔的圆心是O1A，并以0 为原点，建立X-Y坐标轴。测量时， 将三传感器定值比较测量头置于被测圆孔内部任意位置，调整三传感器定值比较测量头， 使三条测量光轴P3C)位于被测圆孔的正截面上，此时，O1A为被测圆孔的圆心。
[0056] 103 :被测圆孔为三角形ABC的外接圆，根据外接三角形公式获取被测圆孔的半 径。
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